CN100433543C - 高载波抑制的升频混波系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种具有高载波抑制的升频混波系统。一第一及第二低通滤波器分将一第一及第二输入信号滤波，以产生一第一及第二滤波信号。第一放大装置放大第一输入信号及第一滤波信号，以产生一第一放大信号。第二放大装置放大第二输入信号及第二滤波信号，以产生一第二放大信号。第一放大装置及第二放大装置交互耦合，将第一放大信号及第二放大信号耦合，以降低在第一及第二差动输出端输出的差动电压的直流偏压。一切换装置接收一差动的本地震荡信号，以将该第一放大信号及该第二放大信号升频至本地震荡信号相关的频率。

Description

高载波抑制的升频混波系统

技术领域

本发明涉及一种混波器的技术领域，尤指一种射频传送装置中高载波抑制的升频混波系统。

背景技术

图1是一公知射频传送装置(RF transmitter)的方块图，其包含一混波器(mixer)110、一功率放大装置(power amplifier)120及一天线130。该混波器110接收一基频信号及本地震荡信号(LO)，以将基频信号升频至射频频带。此种将基频信号直接升频至射频频带称做直接转换(direct conversion)。因为有高整合度，低成本等优点，近年来广为射频传送装置所采用。

然而当混波器110不是完全差动(fully differential)或是基频信号有直流偏压(DC offset)时，混波器110输出端会产生漏波(leakage)。由于本地震荡信号(LO)频率与射频信号频率相同，该漏波(leakage)会破坏射频信号频谱，降低信号品质，并影响射频送装置的效能。

为解决基频信号具有直流偏压所产生的漏波问题，图2是一公知技术的解决漏波问题的示意图。如图所示，其对端点201、202进行电压取样及保持(sampling and hold)，以获得端点201、202的直流电压。再通过减法器211、212将信号中的直流成分去除。然而，取样电路的时序控制不仅增加整个系统的复杂度，亦增加系统的成本。同时，无法解决混波器本身不匹配所产生的漏波问题。因此，公知射频传送装置的混波器仍有诸多缺点而有予以改进的必要。

发明内容

本发明的目的是在提供一种高载波抑制的升频混波系统，以避免公知技术因基频输出端直流偏压所产生的漏波(leakage)问题，同时避免增加整个系统的复杂度，并降低系统的成本。

依据本发明的一特色，是提出一种具有高载波抑制的升频混波系统，该系统主要包含第一及第二差动输入端、一第一低通滤波器、一第一放大装置、一第二低通滤波器、一第二放大装置及一切换装置。该第一及第二差动输入端用以接收一第一输入信号及一第二输入信号；该第一低通滤波器耦合至该第一差动输入端，并将该第一输入信号滤波，以产生一第一滤波信号；该第一放大装置具有一第一正输入端及一第一负输入端，该第一正输入连接至该第一差动输入端，该第一负输入端连接至该第一低通滤波器，以放大该第一输入信号及该第一滤波信号，以在一第一正输出端及一第一负输出端输出一第一放大信号；该第二低通滤波器耦合至该第二差动输入端，并将该第二输入信号滤波，以产生一第二滤波信号；该第二放大装置具有一第二正输入端及一第二负输入端，该第二正输入端连接至该第二差动输入端，该第二负输入端连接至该第二低通滤波器，以放大该第二输入信号及该第二滤波信号，以在一第二正输出端及一第二负输出端输出一第二放大信号，该第二负输出端连接至该第一正输出端，该第一负输出端连接至该第二正输出端，以致该第一放大信号及该第二放大信号在该第一正输出端及第二正输出端相耦合；该切换装置耦合至该该第一正输出端及第二正输出端，并接收一差动的本地震荡信号，以将该第一放大信号及该第二放大信号升频至该本地震荡信号相关的频率；其中，该第一放大装置的一第三电阻值等于该第二放大装置的一第四电阻值，以使该第一放大装置的第一正输出端的电流等于该第二放大装置的第二正输出端的电流。

由于本发明设计新颖，能提供产业上利用，且确有增进功效，故依法申请发明专利。

附图说明

图1是公知射频传送装置的方块图。

图2是公知技术的解决漏波问题的示意图。

图3是本发明一种具有高载波抑制的升频混波系统的方块图。

图4是本发明一种具有高载波抑制的升频混波系统的电路图。

图5是公知混波系统运作于2.4GHz时射频信号的频谱仿真图。

图6是本发明具有高载波抑制的升频混波系统运作于2.4GHz时射频信号的频谱仿真图。

图号说明

混波器            110    功率放大装置        120

天线              130    端点                201、202

减法器            211、212

第一差动输入端    310    第二差动输入端      312

第一低通滤波器    320    第一放大装置        330

第二低通滤波器    322    第二放大装置        332

切换装置          340

具体实施方式

图3是本发明一种具有高载波抑制的升频混波系统的方块图，该系统主要包含第一差动输入端310、第二差动输入端312、一第一低通滤波器320、一第一放大装置330、一第二低通滤波器322、一第二放大装置332及一切换装置340。

第一及第二差动输入端(310、312)用以接收一第一输入信号(IFP)及一第二输入信号(IFN)。该第一输入信号IFP及第二输入信号IFN是为具有直流偏压(DC offset)的模拟信号，且为一对差动输入信号。第一低通滤波器320耦合至该第一差动输入端310，该第一低通滤波器320将该第一输入信号(IFP)滤波，以产生一第一滤波信号。

第一放大装置330具有一第一正输入端及一第一负输入端，耦合至该第一差动输入端310及该第一低通滤波器320，以放大该第一输入信号(IFP)及该第一滤波信号，以在一第一正输出端及一第一负输出端输出一第一放大信号。

第二低通滤波器322耦合至该第二差动输入端312，该第二低通滤波器322将该第二输入信号滤波，以产生一第二滤波信号。第二放大装置332具有一第二正输入端及一第二负输入端，耦合至该第二差动输入端312及该第二低通滤波器322，以放大该第二输入信号及该第二滤波信号，以在一第二正输出端及一第二负输出端输出一第二放大信号。该第二负输出端连接至该第一正输出端，该第一负输出端连接至该第二正输出端，以致该第一放大信号及该第二放大信号在该第一正输出端及第二正输出端相耦合。

切换装置340耦合至该该第一正输出端及第二正输出端，并接收一差动的本地震荡信号(LOP、LON)，以将该第一放大信号及该第二放大信号升频至该本地震荡信号相关的频率。在射频送装置中，该差动的本地震荡信号(LOP、LON)频率为2.4GHz。

图4是本发明一种具有高载波抑制的升频混波系统的电路图。第一低通滤波器320由一第一电阻R1及一第一电容C1组成。第二低通滤波器322由一第二电阻R2及一第二电容C2组成。该第一电阻R1及第二电阻R2可为一切换电阻槽(switch resistor bank)。该第一电容C1及第二电容C2可为一切换电容槽(switchcapacitor bank)。

第一放大装置330由第一晶体管M1、第三晶体管M3、第三电阻R3、第一电流源I1及第二电流源I2组成。第二放大装置332由第二晶体管M2、第四晶体管M4、第四电阻R4、第三电流源I3及第四电流源I4组成。该第三电阻R3及第四电阻R4可为一切换电阻槽。

第一电阻R1一端连接至该第一差动输入端310及第一晶体管M1的栅极，其另一端连接至第三晶体管M3的栅极及第一电容C1的一端。第一电容C1的另一端连接至地。第二电阻R2一端连接至该第二差动输入端312及第二晶体管M2的栅极，其另一端连接至第四晶体管M4的栅极及第二电容C2的一端。第二电容C2的另一端连接至地。

第一晶体管M1的漏极连接至第四晶体管M4的漏极，第一晶体管M1的源极连接至第三电阻R3及第一电流源I1。第一电流源I1另一端连接至地。第三电阻R3另一端连接至第二电流源I2及第三晶体管M3的源极。第二电流源I2另一端连接至地。第三晶体管M3的漏极连接至第二晶体管M2的漏极。

第一晶体管M1的栅极即第一放大装置330的正输入端，其漏极即为第一放大装置330的第一正输出端。第三晶体管M3的栅极即第一放大装置330的负输入端，其漏极即为第一放大装置330的第一负输出端。

第二晶体管M2的源极连接至第四电阻R4及第四电流源I4。第四电流源I4另一端连接至地。第四电阻R4另一端连接至第三电流源I3及第四晶体管M4的源极。第三电流源I3另一端连接至地。

第二晶体管M2的栅极即第二放大装置332的正输入端，其漏极即为第二放大装置332的第一正输出端。第四晶体管M4的栅极即第二放大装置332的负输入端，其漏极即为第二放大装置332的第一负输出端。

第一低通滤波器320及第二低通滤波器322将直流附近频带外的信号滤除，故第一低通滤波器320输出第一输入信号(IFP)的直流成分(V_IFP(DC))，第二低通滤波器322输出第二输入信号(IFN)的直流成分(V_IFN(DC))。

由图4可知，流经第一正输出端的电流(Ix)及第二正输出端的电流(Iy)分别表示为：

Ix＝Ix1+Ix2＝[V_IFP(AC)+V_IFP(DC)]/R3+V_IFN(DC)/R4，

Iy＝Iy1+Iy2＝[V_IFN(AC)+V_IFN(DC)]/R4+V_IFP(DC)/R3，其中，V_IFP(AC)为第一输入信号(IFP)的交流成分，V_IFP(DC)为第一输入信号(IFP)的直流成分，V_IFN(AC)为第二输入信号(IFN)的交流成分，V_IFN(DC)为第二输入信号(IFN)的直流成分。当R3＝R4＝R时，第一正输出端及第二正输出端的差动电流(Ix-Iy)为：

Ix-Iy＝[V_IFP(AC)+V_IFP(DC)]/R3+V_IFN(DC)/R4

        -[V_IFN(AC)+V_IFN(DC)]/R4+V_IFP(DC)/R3

        ＝[V_IFP(AC)-V_IFN(AC)]/R    (1)。

由公式(1)可知，输入至切换装置340的差动电流只与第一输入信号及第二输入信号的交流成分有关。故不论输入端差动电压的直流成分为何，本发明可有效地将输入差动信号中的直流成分滤除。

图5是公知混波系统运作于2.4GHz时射频信号的频谱仿真图。图6是本发明具有高载波抑制的升频混波系统运作于2.4GHz时射频信号的频谱仿真图。于图5中明显地显示在频率为2.4GHz处(B点)有明显的漏波(leakage)存在，该漏波(leakage)的信号强度为+5.3dBc。于图6中，在频率为2.4GHz处(B点)的漏波(leakage)的信号强度为-27.8dBc。

由上述说明可知，公知技术中由于混波器的正负端直流偏压不同，而产生漏波(leakage)的问题，同时容易射频信号频谱及降低信号品质。而本发明使用第一低通滤波器320及第二低通滤波器322分别处理差动输入端的直流偏压，以降低因基频输出端直流偏压所产生的漏波(leakage)问题，避免增加整个系统的复杂度，也可降低系统的成本。上述较佳具体实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的保护范围自应以本发明权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (13)

1.一种具有高载波抑制的升频混波系统，其特征在于，该系统主要包含：

第一及第二差动输入端，用以接收一第一输入信号及一第二输入信号；

一第一低通滤波器，耦合至该第一差动输入端，并将该第一输入信号滤波，以产生一第一滤波信号；

一第一放大装置，具有一第一正输入端及一第一负输入端，该第一正输入连接至该第一差动输入端，该第一负输入端连接至该第一低通滤波器，以放大该第一输入信号及该第一滤波信号，以在一第一正输出端及一第一负输出端输出一第一放大信号；

一第二低通滤波器，耦合至该第二差动输入端，并将该第二输入信号滤波，以产生一第二滤波信号；

一第二放大装置，具有一第二正输入端及一第二负输入端，该第二正输入端连接至该第二差动输入端，该第二负输入端连接至该第二低通滤波器，以放大该第二输入信号及该第二滤波信号，以在一第二正输出端及一第二负输出端输出一第二放大信号，该第二负输出端连接至该第一正输出端，该第一负输出端连接至该第二正输出端，以致该第一放大信号及该第二放大信号在该第一正输出端及第二正输出端相耦合；以及

一切换装置，耦合至该该第一正输出端及第二正输出端，并接收一差动的本地震荡信号，以将该第一放大信号及该第二放大信号升频至该本地震荡信号相关的频率；

其中，该第一放大装置的一第三电阻值等于该第二放大装置的一第四电阻值，以使该第一放大装置的第一正输出端的电流等于该第二放大装置的第二正输出端的电流。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该第一低通滤波器及该第二低通滤波器将一直流附近频带外的信号滤除。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该第一低通滤波器由一第一电阻及一第一电容组成。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，该第一电阻的一端连接至该第一差动输入端，其另一端连接至该第一放大装置及该第一电容的一端，该第一电容的另一端连接至地。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，该第一电阻可为一切换电阻槽。

6.如权利要求4所述的系统，其特征在于，该第一电容可为一切换电容槽。

7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该第二低通滤波器由一第二电阻及一第二电容组成。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，该第二电阻的一端连接至该第二差动输入端，其另一端连接至该第二放大装置及该第二电容的一端，该第二电容的另一端连接至地。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，该第二电阻可为一切换电阻槽。

10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，该第二电容可为一切换电容槽。

11.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该第一与第二放大装置是阻抗互相匹配。

12.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该第一与第二放大装置具有相同的增益特性。

13.如权利要求1所述的系统，其特征在于，该本地震荡信号频率为2.4GHz。

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